【摘要】：懸移質(zhì)泥沙輸運在河口三角洲演變中起著關(guān)鍵的作用,而在懸沙輸運研究中,如何獲取準確的含沙量數(shù)據(jù)是該研究的重要前提。相比于傳統(tǒng)的采集水樣方法,光學(xué)后向散射濁度計(Optical Backscatter Sensors,OBS)能夠更加方便快捷地獲取垂向上連續(xù)含沙量數(shù)據(jù),因此獲得廣泛應(yīng)用。但是OBS直接得到的是水體濁度值,需要通過率定才能得到真實的含沙量數(shù)據(jù),而懸沙粒徑、水體鹽度、懸沙濃度等均會對率定產(chǎn)生影響。因此分析和研究各因素對含沙量率定的影響、對比含沙量率定方法、提出實用的含沙量率定曲線,有助于得到高精度含沙量數(shù)據(jù),進而對河口懸沙及相關(guān)物質(zhì)的輸運研究提供依據(jù)。本文基于大量野外觀測和室內(nèi)實驗數(shù)據(jù),系統(tǒng)分析和討論了影響含沙量率定的關(guān)鍵因子及其影響方式,然后對比了室內(nèi)和現(xiàn)場含沙量率定的結(jié)果,并基于大量水沙觀測數(shù)據(jù)給出了長江口不同區(qū)域的含沙量率定曲線。在上述研究基礎(chǔ)上,通過對比不同含沙量率定方法對計算懸沙輸運通量的影響,分析和討論了長江口最大渾濁帶北槽懸沙輸運的時空特性。得到主要結(jié)論如下:(1)泥沙粒徑大小是決定含沙量率定精度的主要因子,泥沙顆粒越粗,同等濁度對應(yīng)的含沙量越大。量化研究發(fā)現(xiàn)粒徑增大2-13倍,含沙量計算結(jié)果會增大2-6倍,并且隨著懸沙濃度升高,不同粒徑條件下率定曲線計算含沙量的差異也會隨之增大。當濁度相同時,泥沙中值粒徑為31.6μm的率定曲線計算含沙量約為中值粒徑為14.3μm的率定曲線計算含沙量的2.3倍;泥沙中值粒徑為186.8μm的率定曲線計算含沙量約為中值為14.3μm的率定曲線計算含沙量的6.2倍。鹽度影響方面,淡水條件下率定曲線計算的含沙量要高于鹽水條件下率定曲線計算的含沙量。鹽度從0升高15 PSU,含沙量計算結(jié)果增大22%。但是當水體存在鹽度時,含沙量率定的結(jié)果對鹽度大小的變化不敏感。濃度影響研究表明,隨著含沙量的增加,含沙量率定曲線濁度值對含沙量變化的響應(yīng)關(guān)系存在分段性:在線性區(qū),濁度值隨含沙量升高而線性增加;在飽和區(qū),隨含沙量升高濁度值的增加幅度有所減緩;屏蔽區(qū)內(nèi),隨含沙量升高濁度值逐漸降低。(2)現(xiàn)場率定方法可以較為精確地計算含沙量�，F(xiàn)場率定計算的含沙量與實測含沙量的相對誤差在12%以內(nèi)。室內(nèi)率定使用的泥沙樣品通常來自野外采集的表層沉積物,OBS的濁度探頭對粒徑變化等因素非常敏感,現(xiàn)場率定使用的泥沙樣品來自于現(xiàn)場采集的懸沙水樣,更能體現(xiàn)實際水體的情況。因此,與實測含沙量相比,現(xiàn)場率定得到的含沙量比室內(nèi)率定得到的含沙量更準確。大小潮期間,室內(nèi)率定方法得到的含沙量與實測含沙量的相對誤差分別為39.7%和65.9%;現(xiàn)場率定方法得到的含沙量與實測含沙量的相對誤差分別為11.2%和11.4%,現(xiàn)場率定計算含沙量的精度分別提高了28.5%和54.5%。(3)給出了長江口含沙量率定曲線,根據(jù)現(xiàn)場大范圍水沙觀測資料發(fā)現(xiàn)長江口含沙量率定曲線存在兩個分布較為集中的區(qū)域。其中區(qū)域I的代表性率定曲線A,中值粒徑是8.99μm,包括北槽和南港;區(qū)域II的代表性率定曲線B,中值粒徑為5.22μm,包含了南槽、北港、口外、北支。對比兩區(qū)域的含沙量率定曲線A和B,在相同濁度下,粒徑較大區(qū)域中率定曲線計算的含沙量要高于粒徑較小區(qū)域中率定曲線計算的含沙量�？梢�,粒徑的大小在現(xiàn)場率定中起控制作用,相同濁度下,粒徑越大,率定曲線計算的含沙量越高。(4)應(yīng)用現(xiàn)場率定方法可以提高輸沙量計算精度16-40%。小潮期間,潮周期實測凈輸沙量為101.2 t/m,通過室內(nèi)率定計算的潮周期凈輸沙量為144.3 t/m,計算結(jié)果比實測輸沙量偏大42.6%。通過現(xiàn)場率定計算的潮周期凈輸沙量為99.0t/m,比實測輸沙量偏小2.2%,與室內(nèi)率定相比,輸沙量的計算精度提高了40.4%。大潮期間,潮周期實測凈輸沙量為246.0 t/m,通過室內(nèi)率定計算的潮周期凈輸沙量為294.7 t/m,計算結(jié)果比實測輸沙量偏大19.8%。通過現(xiàn)場率定計算的潮周期凈輸沙量為236.7 t/m,比實測輸沙量偏小3.8%,與室內(nèi)率定相比,輸沙量的計算精度提高16.0%;(5)給出北槽不同區(qū)域懸沙凈輸運的大小和方向。大潮期間,北槽上部至下部懸沙凈輸運均向海,其中下部懸沙凈輸運量最高,中部次之,上部最低,凈輸沙量值下部是上部的2倍;小潮期間,北槽上部和中部懸沙凈輸運向海,而下部懸沙凈輸運轉(zhuǎn)為向陸,其中中部凈輸沙量最高,是凈輸沙量最低的下部的9倍。從輸運機制來看,平流輸沙在大小潮懸沙輸運中均起主要作用,凈輸運向海,但是在小潮期間北槽下部受“潮泵效應(yīng)”影響,底層懸沙凈輸運向陸。
【圖文】：

光學(xué)后向散射濁度計型ig.l-2ThemodeloftheOpticalBackscatt

華東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文的 4~6 倍，而且在通常情況泥沙的濃度比氣泡的濃度大兩個數(shù)量般來說氣泡對 OBS 的觀測影響較小。但是，水體氣泡濃度較高而較低水平時，OBS 觀測水體濁度值會受到影響（薛元忠等，2004）2006）通過室內(nèi)實驗發(fā)現(xiàn)，OBS 的輸出值與水體氣泡的大小和濃度關(guān)系。對于砂質(zhì)和淤泥質(zhì)沉積物，OBS 的輸出電壓會由于氣泡的存且小氣泡相對于大氣泡會有更大的影響。在試驗中，由于氣泡的存在電壓提升了 25%。Schoellhameretal.（1993）在佛羅里達州的 TamS 觀測底層泥沙再懸浮濃度，在觀測過程中發(fā)現(xiàn)浮游植物會對水體生影響，，OBS 探頭上的藻泥也會產(chǎn)生過多的后向散射。
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TV148

【參考文獻】

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本文編號：2618820